JP2022023582A - Servo motor device and control method - Google Patents

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Shotaro Kudo
康之 鈴木
Yasuyuki Suzuki
騰 河野
Noboru Kono
凌成 蔵本
Ryosei Kuramoto
秀俊 村松
Hidetoshi Muramatsu
貴之 古田
Takayuki Furuta
正晴 清水
Masaharu Shimizu
秀彰 大和
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Abstract

To reduce downtime caused when a servomotor device is replaced.SOLUTION: A servo motor device 1 includes a motor unit 3 and a speed reducer 4 for reducing and outputting rotation of the motor unit 3. A control device 2 includes: a detection unit 22 for acquiring detection information on operation of the motor unit 3; and an arithmetic unit 24 for generating an approximation curve based on transition in a time series of a life prediction parameter calculated by using the detection information to calculate life prediction information (a residual life time RT) based on the generated approximation curve.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、サーボモータ装置、及びその制御方法の分野に関し、特にサーボモータ装置の寿命予測の分野に関する。 The present invention relates to the field of a servomotor device and a control method thereof, and particularly to the field of life prediction of the servomotor device.

近年、例えば協働ロボットなどにおいてサーボモータ装置が用いられている。
特許文献1では、協働ロボットの動作の異常を検知すると、異常を検知する前の協働ロボットの動作情報に基づいて故障したサーボモータ装置を特定する技術が開示されている。
In recent years, for example, a servomotor device has been used in a collaborative robot or the like.
Patent Document 1 discloses a technique for identifying a failed servomotor device based on operation information of a collaborative robot before detecting an abnormality in the operation of the collaborative robot.

特開2015-217468号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-217468

協働ロボットなどに搭載されたサーボモータ装置は、長期間使用されることで製品寿命を迎え故障してしまう。
サーボモータ装置が故障すると、ユーザは交換用の新しいサーボモータ装置を手配したり、協働ロボットの納入業者にサーボモータ装置の交換作業をしてもらうことになるが、このとき新しいサーボモータ装置を手配してから交換が完了するまでの間、協働ロボットが作業できない時間(ダウンタイム)が生じてしまう。
このようなダウンタイムを短縮するためには、サーボモータ装置が寿命を迎えるまでの期間を予測し、交換準備を進めておく必要がある。
Servo motor devices mounted on collaborative robots and the like reach the end of their product life and fail when used for a long period of time.
If the servo motor device fails, the user will arrange a new servo motor device for replacement or have the supplier of the collaborative robot replace the servo motor device. At this time, the new servo motor device will be installed. During the period from the arrangement to the completion of the exchange, there will be a time (downtime) during which the collaborative robot cannot work.
In order to reduce such downtime, it is necessary to predict the period until the servomotor device reaches the end of its life and prepare for replacement.

そこで本発明は、サーボモータ装置の寿命を予測することで、サーボモータ装置の交換の際に生じるダウンタイムを短縮させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the downtime that occurs when the servomotor device is replaced by predicting the life of the servomotor device.

本発明に係るサーボモータ装置は、駆動力を発生させるモータ部と、前記モータ部の回転を減速して出力する減速機と、を備えるサーボモータ装置であって、前記モータ部の動作に関する検出情報を取得する検出部と、前記検出情報を用いて算出したパラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成し、前記生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報を算出する演算部と、を備える。
これにより、サーボモータ装置が寿命となる前に、ユーザにサーボモータ装置の交換タイミングを通知することが可能となる。また、サーボモータ装置を搭載するロボット装置等のメインコントローラ側でなく、サーボモータ装置において自身の寿命予測が行われる。
ここで検出情報を用いて算出されるパラメータは、例えばトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数、バックラッシ量、エネルギー効率、高周波振動係数、固有振動数、発熱係数、放熱係数、及び減速機の最大静止摩擦力などである。
また寿命予測情報とは、直近の検出情報を取得した時点からサーボモータ装置が寿命を迎えると予測される時点までの期間(以下、余寿命期間とも表記する。)を示す情報である。
The servomotor device according to the present invention is a servomotor device including a motor unit that generates a driving force and a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the motor unit, and detection information regarding the operation of the motor unit. A detection unit that acquires To prepare for.
This makes it possible to notify the user of the replacement timing of the servomotor device before the servomotor device reaches the end of its life. Further, the life of the servomotor device is predicted not on the main controller side of the robot device or the like on which the servomotor device is mounted, but on the servomotor device.
The parameters calculated here using the detection information are, for example, torque constant, moment of inertia, viscous resistance, static friction coefficient, gravity influence coefficient, backlash amount, energy efficiency, high frequency vibration coefficient, natural frequency, heat generation coefficient, heat dissipation coefficient, And the maximum static friction force of the speed reducer.
The life prediction information is information indicating the period from the time when the latest detection information is acquired to the time when the servomotor device is predicted to reach the end of its life (hereinafter, also referred to as the remaining life period).

上記した本発明に係るサーボモータ装置において、所定数値範囲ごとに設けられた格納領域に前記検出情報が記録されるメモリ部を備え、前記メモリ部には、格納領域のうち前記所定数値範囲に対応する記録領域に前記検出情報が記録されることが考えられる。
これにより、所定数値範囲に含まれる複数の検出情報がまとめて記録される。
The servomotor device according to the present invention described above includes a memory unit in which the detection information is recorded in a storage area provided for each predetermined numerical range, and the memory unit corresponds to the predetermined numerical range in the storage area. It is conceivable that the detection information is recorded in the recording area.
As a result, a plurality of detection information included in the predetermined numerical range are collectively recorded.

上記した本発明に係るサーボモータ装置において、前記メモリ部には、前記対応する記録領域に既に記録された値との間で平均化処理が施された前記検出情報が記録されることが考えられる。
これにより、記録される検出情報の値が、格納領域の所定数値範囲の中央で検出される値に近づく。
In the servomotor device according to the present invention described above, it is conceivable that the detection information that has been averaged with the value already recorded in the corresponding recording area is recorded in the memory unit. ..
As a result, the value of the recorded detection information approaches the value detected in the center of the predetermined numerical range of the storage area.

本発明に係る制御方法は、駆動力を発生させるモータ部と、前記モータ部の回転を減速して出力する減速機と、を備えるサーボモータ装置の制御方法であって、前記モータ部の動作に関する検出情報を取得する処理と、前記検出情報を用いて算出したパラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成し、前記生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報を算出する処理と、をサーボモータ装置が実行する。 The control method according to the present invention is a control method for a servomotor device including a motor unit that generates a driving force and a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the motor unit, and relates to an operation of the motor unit. The process of acquiring the detection information, the process of generating an approximation curve based on the transition of the parameters calculated using the detection information in the time series, and the process of calculating its own life prediction information based on the generated approximation curve. Is executed by the servo motor device.

本発明によれば、サーボモータ装置の取り換えの際に生じるダウンタイムを短縮させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the downtime that occurs when the servomotor device is replaced.

本発明の実施の形態におけるサーボモータ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the servomotor device in embodiment of this invention. 本実施の形態のメモリ部の格納領域の概念図である。It is a conceptual diagram of the storage area of the memory part of this embodiment. 本実施の形態の制御装置の実行する処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process to execute the control apparatus of this embodiment. 本実施の形態の制御装置の実行する処理のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of the process to execute the control apparatus of this embodiment. 本実施の形態の寿命予測情報の算出機能についての概念図である。It is a conceptual diagram about the calculation function of the life prediction information of this embodiment. 本実施の形態のメモリ部の格納領域の概念図である。It is a conceptual diagram of the storage area of the memory part of this embodiment.

以下、本発明の実施の形態を次の順序で説明する。
<1.サーボモータ装置の構成>
<2.検出情報の記録処理例>
<3.寿命予測情報の算出処理例>
<4.まとめ及び変形例>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order.
<1. Servo motor device configuration>
<2. Example of detection information recording processing>
<3. Example of calculation processing of life prediction information>
<4. Summary and modification>

本実施の形態について図1から図6を参照して説明する。図面は、説明にあたり必要と認められる要部及びその周辺の構成を抽出して示している。また図面は模式的なものであり、図面に記載された各構造の寸法、比率等は一例に過ぎない。従って、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲であれば設計などに応じて種々な変更が可能である。
The present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The drawings extract and show the configurations of the main parts and their surroundings, which are deemed necessary for the explanation. The drawings are schematic, and the dimensions, ratios, etc. of each structure described in the drawings are merely examples. Therefore, various changes can be made according to the design and the like as long as the technical idea of the present invention is not deviated.

<1.サーボモータ装置の構成>
図1は、本実施の形態のサーボモータ装置1の構成例を示している。
サーボモータ装置1は、例えば人と同じ空間で作業を行う協働ロボットの関節を駆動するための関節ユニットとして、協働ロボットに搭載される。サーボモータ装置1は、例えば協働ロボットのメインコントローラからの制御信号や、サーボモータ装置1に記録されたプログラムに基づいて動作する。
<1. Servo motor device configuration>
FIG. 1 shows a configuration example of the servomotor device 1 of the present embodiment.
The servomotor device 1 is mounted on the collaborative robot as, for example, a joint unit for driving the joints of the collaborative robot that works in the same space as a human. The servomotor device 1 operates based on, for example, a control signal from the main controller of the collaborative robot or a program recorded in the servomotor device 1.

なお、サーボモータ装置1は、協働ロボット等の関節アームロボットの他にも多様なロボットに搭載することができる。サーボモータ装置1は、例えばサービスロボットやホームロボット等、具体的には移動ロボットや搭乗型ロボット、運搬ロボット、サーボモータ装置1を1又は複数組み合わせて動作する動作ユニット、開閉装置など、様々なロボットに搭載することができる。 The servomotor device 1 can be mounted on various robots in addition to joint arm robots such as collaborative robots. The servomotor device 1 includes various robots such as a service robot, a home robot, etc., specifically, a mobile robot, a boarding robot, a transport robot, an operation unit that operates by combining one or a plurality of servomotor devices 1, an opening / closing device, and the like. Can be mounted on.

サーボモータ装置1は、制御装置2、モータ部3、減速機4、各種センサ類5、及びメモリ部6を有する。 The servomotor device 1 includes a control device 2, a motor unit 3, a speed reducer 4, various sensors 5, and a memory unit 6.

制御装置2は、例えばCPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピュータを有して構成され、CPUがプログラムに従った処理を実行することで制御装置2の動作を制御する。
制御装置2は、動作制御部21、検出部22、記録制御部23、及び演算部24としての機能を有する。
The control device 2 is configured to include, for example, a microcomputer equipped with a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), etc., and the CPU executes processing according to a program. Controls the operation of the control device 2.
The control device 2 has functions as an operation control unit 21, a detection unit 22, a recording control unit 23, and a calculation unit 24.

本実施の形態では、制御装置2の有する各種機能が一のCPUとして構成される例について説明する。なお、制御装置2の有する各種機能の一部又は全部が、それぞれ異なるCPUとして構成されていてもよい。この場合、各CPUがそれぞれの処理を並列に行うことで本実施の形態が実現される。 In this embodiment, an example in which various functions of the control device 2 are configured as one CPU will be described. It should be noted that some or all of the various functions of the control device 2 may be configured as different CPUs. In this case, the present embodiment is realized by each CPU performing each process in parallel.

制御装置2における動作制御部21は、サーボモータ装置1を構成する各種機器の動作制御を実行する。動作制御部21は、例えば所定の目標軌跡に応じてモータ部3や減速機4の動作制御を実行する。また動作制御部21は、各種センサ類5からの検出情報に基づいてモータ部3や減速機4の動作制御を実行する。
動作制御部21による制御信号は、図示しない制御装置2のインバータを介してモータ部3や減速機4に出力される。
The operation control unit 21 in the control device 2 executes operation control of various devices constituting the servomotor device 1. The operation control unit 21 executes operation control of the motor unit 3 and the speed reducer 4 according to, for example, a predetermined target locus. Further, the operation control unit 21 executes operation control of the motor unit 3 and the speed reducer 4 based on the detection information from the various sensors 5.
The control signal by the operation control unit 21 is output to the motor unit 3 and the speed reducer 4 via an inverter of a control device 2 (not shown).

モータ部3は、動作制御部21からの制御信号に応じて駆動する。モータ部3が駆動することで、サーボモータ装置1における駆動対象Tgの動作が制御される。減速機4はモータ部3の回転を減速する。モータ部3及び減速機4はモータの回転軸と出力軸が一致しているギヤードモータである。 The motor unit 3 is driven in response to a control signal from the operation control unit 21. By driving the motor unit 3, the operation of the drive target Tg in the servomotor device 1 is controlled. The speed reducer 4 reduces the rotation of the motor unit 3. The motor unit 3 and the speed reducer 4 are geared motors in which the rotation axis and the output axis of the motor match.

モータ部3は、例えばブラシレスDC(Direct Current)モータである。なお、モータ部3はブラシレスDCモータに限られず様々なモータを適用することができる。例えばモータ部3は、ブラシ付きDCモータであってもよい。
モータ部3で発生した駆動力は、モータ部3の回転を減速させる減速機4を介して協働ロボットにおける駆動対象Tgに伝達される。
The motor unit 3 is, for example, a brushless DC (Direct Current) motor. The motor unit 3 is not limited to the brushless DC motor, and various motors can be applied. For example, the motor unit 3 may be a DC motor with a brush.
The driving force generated by the motor unit 3 is transmitted to the drive target Tg in the collaborative robot via the speed reducer 4 that slows down the rotation of the motor unit 3.

制御装置2における検出部22は、モータ部3の動作に関する検出情報(以下、単に検出情報とも表記する。)を取得する。検出部22は、サーボモータ装置1に設けられた各種センサ類5からの検出情報を取得する。 The detection unit 22 in the control device 2 acquires detection information (hereinafter, also simply referred to as detection information) regarding the operation of the motor unit 3. The detection unit 22 acquires detection information from various sensors 5 provided in the servomotor device 1.

各種センサ類5は、例えば入力電圧センサ51、入力電流センサ52、出力電圧センサ53、出力電流センサ54、モータ出力軸エンコーダ55、減速機出力軸エンコーダ56、温度センサ57、及びIMU(Inertial Measurement Unit)58である。 The various sensors 5 include, for example, an input voltage sensor 51, an input current sensor 52, an output voltage sensor 53, an output current sensor 54, a motor output shaft encoder 55, a speed reducer output shaft encoder 56, a temperature sensor 57, and an IMU (Inertial Measurement Unit). ) 58.

入力電圧センサ51は、電源VDDから制御装置2に入力される電圧を検出する。入力電圧センサ51は、電源VDDと制御装置2の間に設けられている。入力電圧センサ51は例えば1つ設けられる。 The input voltage sensor 51 detects the voltage input to the control device 2 from the power supply VDD. The input voltage sensor 51 is provided between the power supply VDD and the control device 2. For example, one input voltage sensor 51 is provided.

入力電流センサ52は、電源VDDから制御装置2に入力される電流を検出する。入力電流センサ52は、電源VDDと制御装置2の間に設けられている。入力電流センサ52は例えば1つ設けられている。 The input current sensor 52 detects the current input to the control device 2 from the power supply VDD. The input current sensor 52 is provided between the power supply VDD and the control device 2. For example, one input current sensor 52 is provided.

出力電圧センサ53は、検出情報として制御装置2からモータ部3に出力される電圧を検出する。また出力電圧センサ53は、モータ部3の回転中にインバータの駆動を切断することで逆起電力を検出情報として検出する。 The output voltage sensor 53 detects the voltage output from the control device 2 to the motor unit 3 as detection information. Further, the output voltage sensor 53 detects the counter electromotive force as detection information by cutting off the drive of the inverter while the motor unit 3 is rotating.

出力電圧センサ53は、制御装置2とモータ部3の間に設けられている。
モータ部3がブラシレスDCモータの場合、出力電圧センサ53は3つ設けられる。なお、出力電圧センサ53の個数はモータ部3の種別により異なり、例えばモータ部3がブラシ付きDCモータの場合、出力電圧センサ53を1つ設ければよい。
The output voltage sensor 53 is provided between the control device 2 and the motor unit 3.
When the motor unit 3 is a brushless DC motor, three output voltage sensors 53 are provided. The number of output voltage sensors 53 varies depending on the type of the motor unit 3. For example, when the motor unit 3 is a DC motor with a brush, one output voltage sensor 53 may be provided.

出力電流センサ54は、制御装置2からモータ部3に出力される電流を検出情報として検出する。
出力電流センサ54は、制御装置2とモータ部3の間に設けられている。モータ部3がブラシレスDCモータの場合、出力電流センサ54は3つ設けられる。なお、出力電流センサ54の個数はモータ部3の種別により異なり、例えばモータ部3がブラシ付きDCモータの場合、出力電流センサ54を1つ設ければよい。
The output current sensor 54 detects the current output from the control device 2 to the motor unit 3 as detection information.
The output current sensor 54 is provided between the control device 2 and the motor unit 3. When the motor unit 3 is a brushless DC motor, three output current sensors 54 are provided. The number of output current sensors 54 varies depending on the type of motor unit 3. For example, when the motor unit 3 is a DC motor with a brush, one output current sensor 54 may be provided.

モータ出力軸エンコーダ55は、検出情報としてモータ部3の出力軸(以下、モータ出力軸とも表記する。)の回転角度及び角速度を検出する。モータ出力軸エンコーダ55は、モータ出力軸に設けられている。 The motor output shaft encoder 55 detects the rotation angle and the angular speed of the output shaft of the motor unit 3 (hereinafter, also referred to as a motor output shaft) as detection information. The motor output shaft encoder 55 is provided on the motor output shaft.

減速機出力軸エンコーダ56は、検出情報として減速機4の出力軸(以下、減速機出力軸とも表記する。)の回転角度及び角速度を検出する。減速機出力軸エンコーダ56は、減速機出力軸に設けられている。 The speed reducer output shaft encoder 56 detects the rotation angle and the angular speed of the output shaft of the speed reducer 4 (hereinafter, also referred to as a speed reducer output shaft) as detection information. The speed reducer output shaft encoder 56 is provided on the speed reducer output shaft.

温度センサ57は、モータ部3に設けられており、検出情報としてモータ部3の温度を検出する。 The temperature sensor 57 is provided in the motor unit 3 and detects the temperature of the motor unit 3 as detection information.

IMU58は、搭載された加速度センサやジャイロセンサからサーボモータ装置1の対地角度を検出情報として検出する。IMU58をサーボモータ装置1に搭載することで、サーボモータ装置1の協働ロボットへの取り付け角度に関わらずサーボモータ装置1の対地角度を検出することができる。
またIMU58は、モータ部3の回転から生じるサーボモータ装置1の振動を検出情報として検出する。
The IMU 58 detects the ground angle of the servomotor device 1 as detection information from the mounted acceleration sensor or gyro sensor. By mounting the IMU 58 on the servomotor device 1, it is possible to detect the ground angle of the servomotor device 1 regardless of the mounting angle of the servomotor device 1 to the collaborative robot.
Further, the IMU 58 detects the vibration of the servomotor device 1 generated from the rotation of the motor unit 3 as detection information.

各種センサ類5は、上記のような検出情報をセンサごとに取得し、当該取得した検出情報を制御装置2に供給する。即ち、外部機器等をサーボモータ装置1に取り付けることなく、サーボモータ装置1に設けられた各種センサ類5により寿命予測に用いられる検出情報を取得することができる。 The various sensors 5 acquire the above-mentioned detection information for each sensor, and supply the acquired detection information to the control device 2. That is, the detection information used for life prediction can be acquired by the various sensors 5 provided in the servomotor device 1 without attaching an external device or the like to the servomotor device 1.

制御装置2における記録制御部23は、検出部22が取得した検出情報をメモリ部6に記録させる。メモリ部6は、例えばRAMとして構成される。
なお、メモリ部6は、メモリカードや光ディスク、磁気テープ等のように着脱可能な記録メディアであってもよく、固定タイプのHDD(Hard Disk Drive)や半導体メモリモジュール等であってもよい。またメモリ部6は、制御装置2に設けられていてもよい。例えば制御装置2のRAMがメモリ部6として機能してもよい。
The recording control unit 23 in the control device 2 causes the memory unit 6 to record the detection information acquired by the detection unit 22. The memory unit 6 is configured as, for example, a RAM.
The memory unit 6 may be a detachable recording medium such as a memory card, an optical disk, or a magnetic tape, or may be a fixed type HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor memory module, or the like. Further, the memory unit 6 may be provided in the control device 2. For example, the RAM of the control device 2 may function as the memory unit 6.

メモリ部6には、検出情報を記録するための格納領域が、検出情報の種別に応じた多次元配列に設けられている。当該格納領域には、検出情報が所定数値範囲ごとに記録される。 The memory unit 6 is provided with a storage area for recording the detection information in a multidimensional array according to the type of the detection information. Detection information is recorded in the storage area for each predetermined numerical range.

メモリ部6の格納領域は、例えば図2に示すような二次元配列にて形成される。図2では、例えば列をモータ軸の角加速度として約333rad/s2ごとに分割し、行をモータ軸の角速度として約166rad/sごとに分割する。そして分割された各セルには、各セルの角加速度と角速度の所定数値範囲に対応する電流値が記録される。
このような手法により、各種センサ類5から取得した検出情報はメモリ部6に記録される。検出情報の記録手法の詳細については後述する。
なお、図2では一例として二次元配列の例を示したが、メモリ部6の格納領域は、検出情報の数に応じて三次元配列以上の多次元配列として形成することもできる。
The storage area of the memory unit 6 is formed, for example, in a two-dimensional array as shown in FIG. In FIG. 2, for example, the column is divided into about 333 rad / s 2 as the angular acceleration of the motor shaft, and the row is divided into about 166 rad / s as the angular velocity of the motor shaft. Then, in each of the divided cells, the current value corresponding to the predetermined numerical range of the angular acceleration and the angular velocity of each cell is recorded.
By such a method, the detection information acquired from the various sensors 5 is recorded in the memory unit 6. The details of the detection information recording method will be described later.
Although an example of a two-dimensional array is shown in FIG. 2, the storage area of the memory unit 6 can be formed as a multidimensional array of three-dimensional array or more depending on the number of detection information.

制御装置2における演算部24は、各種センサ類5による検出情報をメモリ部6から取得する。演算部24は、取得した検出情報に基づいて、サーボモータ装置1の寿命予測に用いられる寿命予測用パラメータを算出(同定)する。 The calculation unit 24 in the control device 2 acquires the detection information from the various sensors 5 from the memory unit 6. The calculation unit 24 calculates (identifies) the life prediction parameter used for the life prediction of the servomotor device 1 based on the acquired detection information.

寿命予測用パラメータは、例えばトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数、バックラッシ量、エネルギー効率、高周波振動係数、固有振動数、発熱係数、放熱係数、及び減速機4の最大静止摩擦力などの物理量により示される値である。各種寿命予測用パラメータの算出手法の詳細については後述する。 The life prediction parameters are, for example, torque constant, moment of inertia, viscous resistance, static friction coefficient, gravity influence coefficient, backlash amount, energy efficiency, high frequency vibration coefficient, natural frequency, heat generation coefficient, heat dissipation coefficient, and maximum stationary of the speed reducer 4. It is a value indicated by a physical quantity such as a frictional force. Details of the calculation method of various life prediction parameters will be described later.

また演算部24は、算出した寿命予測用パラメータに基づいてサーボモータ装置1の寿命予測情報を算出する。
演算部24は、上記した寿命予測用パラメータに基づいてサーボモータ装置1の寿命予測情報を算出する。なお、演算部24は、上記した各種寿命予測用パラメータのうち、少なくとも1つの値を算出すればサーボモータ装置1の寿命予測を行うことができる。
Further, the calculation unit 24 calculates the life prediction information of the servomotor device 1 based on the calculated life prediction parameters.
The calculation unit 24 calculates the life prediction information of the servomotor device 1 based on the above-mentioned life prediction parameter. The calculation unit 24 can predict the life of the servomotor device 1 by calculating at least one value among the various life prediction parameters described above.

制御装置2は、例えば協働ロボットのメインコントローラに無線通信又は有線通信を介して算出した寿命予測情報を送信する。
メイコントローラは、制御装置2から受信した寿命予測情報に基づいて、サーボモータ装置1が製品寿命を迎える前に、そろそろサーボモータ装置1が寿命となること(交換推奨タイミングであること)をユーザが認識できるように提示させる。
The control device 2 transmits, for example, the life prediction information calculated via wireless communication or wired communication to the main controller of the collaborative robot.
Based on the life prediction information received from the control device 2, the May controller tells the user that the servomotor device 1 is about to reach the end of its life (recommended replacement timing) before the servomotor device 1 reaches the end of its product life. Have them present it so that they can be recognized.

交換推奨タイミングからサーボモータ装置1の寿命までにはある程度の期間が設けられているため、交換推奨タイミングであることを確認したユーザは、交換対象となるサーボモータ装置1を手配するなどの交換準備を行う。これによりサーボモータ装置1の交換までの期間を確保することができるので、サーボモータ装置1が寿命を迎える前に代わりのサーボモータ装置1を用意することができる。これにより、サーボモータ装置1を取り換える際に生じうるダウンタイムを短縮することができる。
Since there is a certain period from the recommended replacement timing to the life of the servomotor device 1, the user who confirms that the recommended replacement timing is ready for replacement, such as arranging the servomotor device 1 to be replaced. I do. As a result, it is possible to secure a period until the servomotor device 1 is replaced, so that a substitute servomotor device 1 can be prepared before the servomotor device 1 reaches the end of its life. This makes it possible to reduce the downtime that may occur when the servo motor device 1 is replaced.

<2.検出情報の記録処理例>
本実施の形態を実現するために制御装置2が実行する検出情報の記録処理例について図3を参照して説明する。
<2. Example of detection information recording processing>
An example of recording processing of detection information executed by the control device 2 in order to realize the present embodiment will be described with reference to FIG.

まずステップS101において、制御装置2は、上述した各種センサ類5から検出情報を取得する。各種センサ類5と取得する検出情報の対応関係は例えば以下の通りである。
・入力電圧センサ51 制御装置2に入力される電圧
・入力電流センサ52 制御装置2に入力される電流
・出力電圧センサ53 逆起電力、及びモータ部3に出力される電圧
・出力電流センサ54 モータ部3に出力される電流
・モータ出力軸エンコーダ55 モータ出力軸の回転角度及び角速度
・減速機出力軸エンコーダ56 減速機出力軸の回転角度及び角速度
・温度センサ57 モータ部3の温度
・IMU58 サーボモータ装置1の対地角度、及びサーボモータ装置1の振動
First, in step S101, the control device 2 acquires detection information from the various sensors 5 described above. The correspondence between the various sensors 5 and the detected information to be acquired is as follows, for example.
Input voltage sensor 51 Voltage input to the control device 2 / Input current sensor 52 Current / output voltage sensor 53 input to the control device 2 Countercurrent power and voltage / output current sensor 54 output to the motor unit 3 Motor Current output to section 3 ・ Motor output shaft encoder 55 Rotation angle and angular speed of motor output shaft ・ Reducer output shaft encoder 56 Rotation angle and angular speed of reducer output shaft ・ Temperature sensor 57 Temperature of motor section 3 ・ IMU58 Servo motor Ground angle of device 1 and vibration of servo motor device 1

次のステップS102において、制御装置2は、メモリ部6の格納領域における検出情報を記録するための記録領域を設定する。格納領域は、図2に示すように所定数値範囲ごとに区切られた複数のセルを有している。制御装置2は、格納領域のうち、検出情報が含まれる所定数値範囲のセルを記録領域として設定する。 In the next step S102, the control device 2 sets a recording area for recording the detection information in the storage area of the memory unit 6. As shown in FIG. 2, the storage area has a plurality of cells separated by a predetermined numerical range. The control device 2 sets a cell in a predetermined numerical range including the detection information in the storage area as a recording area.

続いてステップS103において、制御装置2は、設定した記録領域に記録されていた検出情報と、これから記録する検出情報とについて平均化処理を施す。
そしてステップS104において、制御装置2は、平均化処理を施した検出情報を記録領域に記録する。
Subsequently, in step S103, the control device 2 performs an averaging process on the detection information recorded in the set recording area and the detection information to be recorded from now on.
Then, in step S104, the control device 2 records the detection information subjected to the averaging process in the recording area.

ステップS104の処理の後、制御装置2は図3の処理を終了する。制御装置2は、図3の処理を協働ロボットの動作中に繰り返し実行する。
以上により、メモリ部6に各種センサ類5による検出情報が記録される。
After the process of step S104, the control device 2 ends the process of FIG. The control device 2 repeatedly executes the process of FIG. 3 during the operation of the collaborative robot.
As a result, the detection information by the various sensors 5 is recorded in the memory unit 6.

<3.寿命予測情報の算出処理例>
本実施の形態を実現するために制御装置2が実行する寿命予測情報の算出処理例について図4を参照して説明する。
<3. Example of calculation processing of life prediction information>
An example of the calculation processing of the life prediction information executed by the control device 2 in order to realize the present embodiment will be described with reference to FIG.

まずステップS201において、制御装置2は、各種センサ類5による検出情報をメモリ部6から取得する。そしてステップS202において、制御装置2は、取得した検出情報に基づいて、サーボモータ装置1の寿命予測に用いられる寿命予測用パラメータを算出(同定)する。 First, in step S201, the control device 2 acquires the detection information from the various sensors 5 from the memory unit 6. Then, in step S202, the control device 2 calculates (identifies) the life prediction parameter used for the life prediction of the servomotor device 1 based on the acquired detection information.

寿命予測用パラメータは、例えばトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数、バックラッシ量、エネルギー効率、高周波振動係数、固有振動数、発熱係数、放熱係数、及び減速機4の最大静止摩擦力などである。
以下、各パラメータの同定手法について説明する。
The life prediction parameters are, for example, torque constant, moment of inertia, viscous resistance, static friction coefficient, gravity influence coefficient, backlash amount, energy efficiency, high frequency vibration coefficient, natural frequency, heat generation coefficient, heat dissipation coefficient, and maximum stationary of the speed reducer 4. Such as frictional force.
Hereinafter, the identification method of each parameter will be described.

(1)トルク定数
制御装置2は、出力電圧センサ53により検出した逆起電力と、モータ出力軸エンコーダ55により検出したモータ出力軸の角速度とを検出情報としてメモリ部6から取得する。制御装置2は、下記[式1]により値ω+を定義し、トルク定数を同定する。
(1) Torque constant The control device 2 acquires the counter electromotive force detected by the output voltage sensor 53 and the angular velocity of the motor output shaft detected by the motor output shaft encoder 55 as detection information from the memory unit 6. The control device 2 defines the value ω + by the following [Equation 1] and identifies the torque constant.

Figure 2022023582000002
Figure 2022023582000002

上記[式1]における各記号の意味は以下の通りである。
・Vrms 逆起電力
・ω モータ出力軸の角速度
・kv 逆起電力定数
・kt トルク定数
The meaning of each symbol in the above [Equation 1] is as follows.
・ V rms counter electromotive force ・ ω angular velocity of motor output shaft ・k v counter electromotive force constant ・ kt torque constant

制御装置2は、複数の異なる角速度と逆起電力の測定データセットに基づき、疑似逆行列を用いることで逆起電力定数を同定する。逆起電力定数とトルク定数は同値となるため、制御装置2は、逆起電力定数を同定することでトルク定数を同定する。
なお、値ωについては、モータ出力軸の角速度の代わりに減速機出力軸エンコーダ56により検出された減速機出力軸の角速度を用いることができる。これによっても同様にトルク定数を同定することができる。
The control device 2 identifies the counter electromotive force constant by using a pseudo-reciprocal based on a plurality of different angular velocity and counter electromotive force measurement data sets. Since the counter electromotive force constant and the torque constant have the same value, the control device 2 identifies the torque constant by identifying the counter electromotive force constant.
As the value ω, the angular velocity of the reducer output shaft detected by the reducer output shaft encoder 56 can be used instead of the angular velocity of the motor output shaft. This also makes it possible to identify the torque constant.

(2)慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数の同定
制御装置2は、出力電圧センサ53により検出した逆起電力と、出力電流センサ54により検出した電流と、モータ出力軸エンコーダ55により検出したモータ出力軸の回転角度及び角速度と、IMU58により検出したサーボモータ装置1の対地角度とを検出情報としてメモリ部6から取得する。
(2) Identification of inertial moment, viscous resistance, static friction coefficient, and gravity influence coefficient The control device 2 uses the counter electromotive force detected by the output voltage sensor 53, the current detected by the output current sensor 54, and the motor output shaft encoder 55. The detected rotation angle and angular speed of the motor output shaft and the ground angle of the servo motor device 1 detected by the IMU 58 are acquired from the memory unit 6 as detection information.

また制御装置2は、上記[式1]によりトルク定数を同定する。
制御装置2は、下記[式2]を変形した[式3]に基づいて慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数を同定する。
Further, the control device 2 identifies the torque constant by the above [Equation 1].
The control device 2 identifies the moment of inertia, the viscous resistance, the coefficient of static friction, and the coefficient of influence of gravity based on [Equation 3] which is a modification of the following [Equation 2].

Figure 2022023582000003
Figure 2022023582000003

Figure 2022023582000004
Figure 2022023582000004

上記[式2]及び[式3]における各記号の意味は以下の通りである。
・ω モータ出力軸の角速度
・kt トルク定数
・sign(ω) 角速度の値に対しその符号に応じて1、-1、0の何れかを返す関数
・θ モータ出力軸の対地角度
・J 慣性モーメント
・B 粘性抵抗
・C 静摩擦係数
・D,E 重力影響係数
・I モータ部3に流れる電流
The meanings of the symbols in the above [Equation 2] and [Equation 3] are as follows.
・ Ω Angular velocity of motor output shaft ・kt torque constant ・ sign (ω) Function that returns either 1, -1, or 0 according to the sign of the angular velocity value ・ θ Angle of motor output shaft to ground ・ J inertia Moment of inertia, B viscous resistance, C static friction coefficient, D, E gravity influence coefficient, I current flowing through the motor unit 3.

ここでモータ出力軸の対地角度は、モータ出力軸の回転角度とサーボモータ装置1の対地角度とを加算することで算出される。
また上記[式2]及び[式3]における(d/dt)ωは、モータ出力軸エンコーダ55で検出されるモータ出力軸の角速度の時間微分により算出される。なお、測定された角速度のノイズ成分を除去せずに微分すると(d/dt)ωの値が真値とかけ離れてしまう。そのため、制御装置2は、測定された角速度のデータを例えばSG(Savitzky Golay)法によるノイズ処理を行いながら微分する。
なお、値ωについては、モータ出力軸の角速度の代わりに減速機出力軸エンコーダ56により検出された減速機出力軸の角速度を用いることもできる。これによっても同様にトルク定数を同定することができる。このとき値θは、減速機出力軸の回転角度とサーボモータ装置1の対地角度とを加算することで算出される。
Here, the ground angle of the motor output shaft is calculated by adding the rotation angle of the motor output shaft and the ground angle of the servomotor device 1.
Further, (d / dt) ω in the above [Equation 2] and [Equation 3] is calculated by the time derivative of the angular velocity of the motor output shaft detected by the motor output shaft encoder 55. If the measured angular velocity is differentiated without removing the noise component, the value of (d / dt) ω is far from the true value. Therefore, the control device 2 differentiates the measured angular velocity data while performing noise processing by, for example, the SG (Savitzky Golay) method.
As the value ω, the angular velocity of the reducer output shaft detected by the reducer output shaft encoder 56 can be used instead of the angular velocity of the motor output shaft. This also makes it possible to identify the torque constant. At this time, the value θ is calculated by adding the rotation angle of the reducer output shaft and the ground angle of the servomotor device 1.

値J,B,C,D,Eは、モータ部3固有のパラメータであり未知であるため、複数の測定データから下記[式4]によりこれらが同定される。 Since the values J, B, C, D, and E are parameters peculiar to the motor unit 3 and are unknown, they are identified by the following [Equation 4] from a plurality of measurement data.

Figure 2022023582000005
Figure 2022023582000005

トルク定数の値ktは上記[式1]から既知であるため、制御装置2は、上記[式4]により値W,X,W+を定義し、値J,B,C,D,Eを同定する。 Since the value kt of the torque constant is known from the above [Equation 1], the control device 2 defines the values W, X, W + by the above [Equation 4], and the values J, B, C, D, E. To identify.

(3)バックラッシ量
制御装置2は、モータ出力軸エンコーダ55により検出したモータ出力軸の回転角度と、減速機出力軸エンコーダ56により検出した減速機出力軸の回転角度とを検出情報としてメモリ部6から取得する。
制御装置2は、下記[式5]によりバックラッシ量を同定する。
(3) The backlash amount control device 2 uses the memory unit 6 as detection information of the rotation angle of the motor output shaft detected by the motor output shaft encoder 55 and the rotation angle of the reducer output shaft detected by the reducer output shaft encoder 56. Get from.
The control device 2 identifies the amount of backlash by the following [Equation 5].

Figure 2022023582000006
Figure 2022023582000006

上記[式5]における各記号の意味は以下の通りである。
・θL 減速機出力軸の回転角度
・θM モータ出力軸の回転角度
・jθ バックラッシ量
・n 減速比
回転角度の測定は複数の角度で行い、最小二乗法で一意の値に決定する。
The meaning of each symbol in the above [Equation 5] is as follows.
・ Θ L reduction gear output shaft rotation angle ・ θ M motor output shaft rotation angle ・ j θ backlash amount ・ n reduction ratio The rotation angle is measured at multiple angles and determined to a unique value by the least squares method.

(4)エネルギー効率
ここでのエネルギー効率は、制御装置2のインバータ効率とモータ部3のモータ効率である。
まずインバータ効率の同定手法について説明する。
制御装置2は、インバータ効率を同定するにあたり、入力電圧センサ51により検出された制御装置2への入力電圧と、入力電流センサ52により検出された制御装置2への入力電流と、出力電圧センサ53により検出されたモータ部3への出力電圧と、出力電流センサ54により検出されたモータ部3への出力電流とを検出情報としてメモリ部6から取得する。
(4) Energy efficiency The energy efficiency here is the inverter efficiency of the control device 2 and the motor efficiency of the motor unit 3.
First, the method for identifying the inverter efficiency will be described.
In identifying the inverter efficiency, the control device 2 has an input voltage to the control device 2 detected by the input voltage sensor 51, an input current to the control device 2 detected by the input current sensor 52, and an output voltage sensor 53. The output voltage to the motor unit 3 detected by the above and the output current to the motor unit 3 detected by the output current sensor 54 are acquired from the memory unit 6 as detection information.

制御装置2は、制御装置2への入力電圧及び入力電流からインバータ入力エネルギーを算出する。また制御装置2は、モータ部3ヘの出力電圧及び入力電流からインバータ出力エネルギーを算出する。
そして制御装置2は、下記[式6]により値W+ inを定義し、インバータ効率を同定する。なお、インバータ効率は出力値によって変化するため、制御装置2は、出力エネルギーが任意の値のときの入力エネルギーを複数回測定する。
The control device 2 calculates the inverter input energy from the input voltage and the input current to the control device 2. Further, the control device 2 calculates the inverter output energy from the output voltage and the input current to the motor unit 3.
Then, the control device 2 defines the value W + in by the following [Equation 6] and identifies the inverter efficiency. Since the inverter efficiency changes depending on the output value, the control device 2 measures the input energy when the output energy is an arbitrary value a plurality of times.

Figure 2022023582000007
Figure 2022023582000007

上記[式6]における各記号の意味は以下の通りである。
・Win インバータ入力エネルギー
・Wout_inv インバータ出力エネルギー
・ηinv インバータ効率
The meaning of each symbol in the above [Equation 6] is as follows.
・ W in inverter input energy ・ W out_inv inverter output energy ・ η inv inverter efficiency

次にモータ効率の同定手法について説明する。
まず制御装置2は、下記[式7]によりモータ出力エネルギーを算出する。
Next, the method for identifying the motor efficiency will be described.
First, the control device 2 calculates the motor output energy by the following [Equation 7].

Figure 2022023582000008
Figure 2022023582000008

上記[式7]における各記号の意味は以下の通りである。
・Wout モータ出力エネルギー
・Kt トルク定数
・I モータ部3に流れる電流
・ω モータ出力軸の角速度
トルク定数Ktは上記[式1]と同様の手法により算出される。
The meaning of each symbol in the above [Equation 7] is as follows.
-W out motor output energy-K t torque constant-I current flowing through the motor unit 3-ω Angular velocity of the motor output shaft Torque constant K t is calculated by the same method as in [Equation 1] above.

またモータ入力エネルギーはインバータ出力エネルギーと同値であるため、制御装置2は、下記[式8]及び[式9]により値W+ in_motを定義し、モータ入力エネルギーを算出する。 Further, since the motor input energy has the same value as the inverter output energy, the control device 2 defines the value W + in_mot by the following [Equation 8] and [Equation 9], and calculates the motor input energy.

Figure 2022023582000009
Figure 2022023582000009

上記[式8]における各記号の意味は以下の通りである。
・Wout モータ出力エネルギー
・Win_mot モータ入力エネルギー
モータ出力エネルギーの値Woutは、上記[式7]により算出される。
The meaning of each symbol in the above [Equation 8] is as follows.
-W out motor output energy-W in_mot motor input energy The motor output energy value W out is calculated by the above [Equation 7].

制御装置2は、複数回測定したモータ出力エネルギーとモータ入力エネルギーを用いて、下記[式9]によりモータ効率を同定する。 The control device 2 identifies the motor efficiency by the following [Equation 9] using the motor output energy and the motor input energy measured a plurality of times.

Figure 2022023582000010
Figure 2022023582000010

上記[式9]における各記号の意味は以下の通りである。
・Wout モータ出力エネルギー
・Win_mot モータ入力エネルギー
・ηmot インバータ効率
モータ出力エネルギーの値Woutは、上記[式7]から算出される。またモータ入力エネルギーの値Win_motは、上記[式8]から算出される。
The meaning of each symbol in the above [Equation 9] is as follows.
-W out Motor output energy-W in_mot Motor input energy-η mot Inverter efficiency Motor output energy value W out is calculated from the above [Equation 7]. Further, the value W in_mot of the motor input energy is calculated from the above [Equation 8].

(5)高周波振動係数、固有振動数
制御装置2は、高周波振動係数及び固有振動数を同定するにあたり、IMU58から検出されたサーボモータ装置1の振動情報を検出情報としてメモリ部6から取得する。
(5) High-frequency vibration coefficient and natural frequency The control device 2 acquires the vibration information of the servomotor device 1 detected from the IMU 58 as detection information from the memory unit 6 in identifying the high-frequency vibration coefficient and the natural frequency.

制御装置2は、取得した振動情報についてFFT(Fast Fourier Transform)解析を行うことで、回転数に対しての振動周波数の高波長の振幅から、それぞれの高波長に対する振動係数(高波長振動係数)を同定する。 The control device 2 performs FFT (Fast Fourier Transform) analysis on the acquired vibration information, and from the high-wavelength amplitude of the vibration frequency with respect to the rotation speed, the vibration coefficient (high-wavelength vibration coefficient) for each high wavelength. To identify.

また制御装置2は、モータ部3の回転数を変化させながら振動を測定することで、負荷を含めたサーボモータ装置1の固有振動数を推定する。 Further, the control device 2 estimates the natural frequency of the servomotor device 1 including the load by measuring the vibration while changing the rotation speed of the motor unit 3.

(6)発熱係数、放熱係数
制御装置2は、モータ部3の発熱係数及び放熱係数を同定するにあたり、温度センサ57から検出されたモータ部3の温度を検出情報としてメモリ部6から取得する。
(6) Heat generation coefficient and heat dissipation coefficient The control device 2 acquires the temperature of the motor unit 3 detected from the temperature sensor 57 as detection information from the memory unit 6 when identifying the heat generation coefficient and heat dissipation coefficient of the motor unit 3.

モータ部3の発熱要因は、主にモータの銅損と鉄損、そして減速機4での摩擦による発熱である。そのため、発熱量を決定する要因は電流とモータの回転速度となる。またモータの鉄損のヒステリシス損と渦電流損は、コイルに流れる電流の周波数により変化し、当該コイルに流れる周波数はブラシレスDCモータ(モータ部3)においてはモータの回転数と比例する。従って、制御装置2は、下記[式10]により、モータ部3の発熱係数及び放熱係数を同定する。 The heat generation factors of the motor unit 3 are mainly copper loss and iron loss of the motor, and heat generation due to friction in the speed reducer 4. Therefore, the factors that determine the calorific value are the current and the rotation speed of the motor. Further, the hysteresis loss and the eddy current loss of the iron loss of the motor change depending on the frequency of the current flowing through the coil, and the frequency flowing through the coil is proportional to the rotation speed of the motor in the brushless DC motor (motor unit 3). Therefore, the control device 2 identifies the heat generation coefficient and the heat dissipation coefficient of the motor unit 3 by the following [Equation 10].

Figure 2022023582000011
Figure 2022023582000011

上記[式10]における各記号の意味は以下の通りである。
・Tn 現在のモータ部3の温度
・Tn-1 前回検出されたモータ部3の温度
・T0 大気温度
・Ra モータの抵抗値
・Ke 渦電流損係数
・Ka 速度比例損失係数
・Kb モータ部3の放熱係数
ここでの大気温度は、モータが停止した状態で十分な時間が経過した後のモータ部3の温度である。また速度比例損失係数の値Kaは、摩擦による損失とヒステリシス損とを加算した値である。
なお、摩擦による発熱が支配的である場合には、上記[式10]において値Ke,値Kbの項のみでも近似することができる。また同様に使用領域の回転数が低く電流による発熱が支配的である場合には、値Ra,値Kbの項のみで近似することができる。
The meaning of each symbol in the above [Equation 10] is as follows.
・ T n Current temperature of motor unit 3 ・ T n-1 Temperature of motor unit 3 detected last time ・ T 0 Atmospheric temperature ・ R a Motor resistance value ・ K e vortex current loss coefficient ・ K a velocity proportional loss coefficient K b Heat dissipation coefficient of the motor unit 3 The atmospheric temperature here is the temperature of the motor unit 3 after a sufficient time has elapsed while the motor is stopped. The value Ka of the velocity proportional loss coefficient is a value obtained by adding the loss due to friction and the hysteresis loss.
When heat generation due to friction is dominant, it can be approximated only by the terms K e and K b in the above [Equation 10]. Similarly, when the rotation speed of the used area is low and heat generation due to the current is dominant, it can be approximated only by the terms of the value R a and the value K b .

(7)減速機4の最大静止摩擦力
制御装置2は、出力電流センサ54、減速機出力軸エンコーダ56、温度センサ57、IMU58などからの検出情報を取得する。なお、制御装置2は、減速機出力軸エンコーダ56の代わりにモータ出力軸エンコーダ55からの検出情報を取得してもよい。
(7) The maximum static friction force control device 2 of the speed reducer 4 acquires detection information from the output current sensor 54, the speed reducer output shaft encoder 56, the temperature sensor 57, the IMU 58, and the like. The control device 2 may acquire the detection information from the motor output shaft encoder 55 instead of the reducer output shaft encoder 56.

制御装置2は、モータ部3に出力する電流(モータ電流)を慣性の影響を無視できるほど穏やかに「0」の値から上昇させる。そして制御装置2は、減速機出力軸エンコーダ56が回転し始めるまでモータ電流を上昇させる。このとき制御装置2は、減速機出力軸エンコーダ56の回転の開始時のモータ電流値を出力電流センサ54から取得し、メモリ部6に記録させる。
制御装置2は、上記の一連の処理を複数の減速機出力軸の位置で、出力軸の正転方向及び逆転方向の両方向で実行し、出力軸の角度θごとにおけるモータ電流値を取得し、メモリ部6に記録させる。
The control device 2 gently raises the current (motor current) output to the motor unit 3 from the value of "0" so that the influence of inertia can be ignored. Then, the control device 2 increases the motor current until the reducer output shaft encoder 56 starts to rotate. At this time, the control device 2 acquires the motor current value at the start of rotation of the speed reducer output shaft encoder 56 from the output current sensor 54 and records it in the memory unit 6.
The control device 2 executes the above series of processes at the positions of the plurality of reducer output shafts in both the forward and reverse directions of the output shafts, acquires the motor current value at each angle θ of the output shafts, and obtains the motor current value. Record in the memory unit 6.

制御装置2は、下記[式11]により、減速機4の最大静止摩擦力を同定する。このとき制御装置2は、減速機4の最大静止摩擦力を同定するにあたり、メモリ部6に記録された角度θ、電流値やトルク定数を用いる。なお、トルク定数は、例えば上記[式1]から同定される。 The control device 2 identifies the maximum static friction force of the speed reducer 4 by the following [Equation 11]. At this time, the control device 2 uses the angle θ, the current value, and the torque constant recorded in the memory unit 6 in identifying the maximum static friction force of the speed reducer 4. The torque constant is identified, for example, from the above [Equation 1].

Figure 2022023582000012
Figure 2022023582000012

上記[式11]における各記号の意味は以下の通りである。
・τsmax 最大静止摩擦力
・τmot 回転開始時のモータトルク
・τg 偏心負荷により発生した鉛直下向きの力
The meaning of each symbol in the above [Equation 11] is as follows.
・ Τ smax maximum static friction force ・ τ mot Motor torque at the start of rotation ・ τ g Vertical downward force generated by eccentric load

以上の手法により、制御装置2はステップS202において、各種の寿命予測用パラメータを同定する。なお、制御装置2は、各種寿命予測用パラメータの全てを同定してもよいし、任意の一部のパラメータのみを同定することとしてもよい。何れの寿命予測用パラメータを同定するかは、あらかじめ任意に設定することができる。 By the above method, the control device 2 identifies various life prediction parameters in step S202. The control device 2 may identify all of the various life prediction parameters, or may identify only any part of the parameters. Which of the life prediction parameters should be identified can be arbitrarily set in advance.

続いてステップS203において、制御装置2は、算出(同定)した寿命予測用パラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成する。そしてステップS204において、制御装置2は、生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報を算出する。
制御装置2は、同定した寿命予測用パラメータごとに、近似曲線を生成し、寿命予測情報を算出する。
Subsequently, in step S203, the control device 2 generates an approximate curve based on the transition of the calculated (identified) life prediction parameter in the time series. Then, in step S204, the control device 2 calculates its own life prediction information based on the generated approximate curve.
The control device 2 generates an approximate curve for each identified life prediction parameter and calculates life prediction information.

図5は寿命予測情報の算出機能についての概念図である。
図5に示すグラフは、右方向に進行する時間軸を横軸と、寿命予測用パラメータの値を縦軸として示している。
FIG. 5 is a conceptual diagram of the function of calculating the life prediction information.
In the graph shown in FIG. 5, the time axis traveling to the right is shown as the horizontal axis, and the value of the life prediction parameter is shown as the vertical axis.

まず制御装置2は、ステップS202で同定した寿命予測用パラメータを時系列ごとにマッピングする(データD1,D2,D3,・・・Dn)。ここでデータDnは同定された直近(最新)の寿命予測用パラメータである。 First, the control device 2 maps the life prediction parameters identified in step S202 for each time series (data D1, D2, D3, ... Dn). Here, the data Dn is the identified latest (latest) life prediction parameter.

制御装置2は、マッピングされた寿命予測用パラメータ(データD1から最新データDnまでのパラメータ)の推移から将来の寿命予測用パラメータの推移を推定した近似曲線を生成する。 The control device 2 generates an approximate curve that estimates the transition of the future life prediction parameter from the transition of the mapped life prediction parameter (parameter from the data D1 to the latest data Dn).

制御装置2は、最新データDnをマッピングした時点から、生成した近似曲線とサーボモータ装置1の寿命を示す寿命閾値thとの交わる時点までの余寿命期間RTを寿命予測情報として算出する。 The control device 2 calculates the remaining life period RT from the time when the latest data Dn is mapped to the time when the generated approximate curve and the life threshold th indicating the life of the servomotor device 1 intersect, as the life prediction information.

マッピングされた各寿命予測用パラメータには、同定の際に生じる誤差が含まれている。そのため制御装置2は、当該誤差を考慮した近似曲線AC1,AC2を生成する。
このとき近似曲線AC1が寿命閾値thとの交わる時点から、近似曲線AC2が寿命閾値thと交わる時点までの範囲を誤差範囲ERとする。この場合において、近似曲線AC1と近似曲線AC2の中央値となる近似曲線AC3に基づく寿命期間RTの確度が最も高い。しかしながら、寿命予測用パラメータの同定の際に生じる誤差を考慮すると、誤差範囲ERを含めて寿命予測情報を算出することが望ましい。
なお、近似曲線の次数等は、同定した寿命予測用パラメータの推移に近似するものに任意に設計される。
Each mapped life prediction parameter contains errors that occur during identification. Therefore, the control device 2 generates approximate curves AC1 and AC2 in consideration of the error.
At this time, the range from the time when the approximate curve AC1 intersects the life threshold th to the time when the approximate curve AC2 intersects the life threshold th is defined as the error range ER. In this case, the accuracy of the life period RT based on the approximate curve AC3, which is the median value of the approximate curve AC1 and the approximate curve AC2, is the highest. However, considering the error that occurs when identifying the life prediction parameter, it is desirable to calculate the life prediction information including the error range ER.
The order of the approximate curve is arbitrarily designed to approximate the transition of the identified parameters for life prediction.

以上より、近似曲線の推移に基づいて寿命予測情報を算出することで、機械学習を用いた寿命予測の手法と比べて開発段階で取得する必要があるデータ量を削減することができる。 From the above, by calculating the life prediction information based on the transition of the approximate curve, it is possible to reduce the amount of data that needs to be acquired at the development stage as compared with the life prediction method using machine learning.

ステップS204の処理の後、制御装置2は図4の処理を終了する。制御装置2は、図3の処理を協働ロボットの動作中に繰り返し実行する。
なお、制御装置2は、図4の処理を協働ロボットの作業中に実行してもよいし、協働ロボットの主電源をオンにした際の暖機運転などの準備運動期間中に当該処理を実行することとしてもよい。
After the process of step S204, the control device 2 ends the process of FIG. The control device 2 repeatedly executes the process of FIG. 3 during the operation of the collaborative robot.
The control device 2 may execute the process of FIG. 4 during the work of the collaborative robot, or may perform the process during a preparatory exercise period such as a warm-up operation when the main power of the collaborative robot is turned on. May be executed.

また制御装置2は、検出情報の記録処理(図3)と寿命予測用パラメータの算出処理(図4)を異なるタイミングで実行することができる。例えば制御装置2は、協働ロボットの作業中に検出情報の記録処理を実行し、協働ロボットの作業終了後や暖機運転などの準備運動期間中に寿命予測用パラメータの算出処理を実行することができる。また制御装置2は、検出情報の記録処理と寿命予測用パラメータの算出処理を例えば協働ロボットの動作中などに連続して実行することとしてもよい。
以上により、サーボモータ装置1の寿命予測時間(余寿命期間RT)が算出される。
Further, the control device 2 can execute the detection information recording process (FIG. 3) and the life prediction parameter calculation process (FIG. 4) at different timings. For example, the control device 2 executes the recording process of the detection information during the work of the collaborative robot, and executes the calculation process of the life prediction parameter after the work of the collaborative robot is completed or during the preparatory exercise period such as the warm-up operation. be able to. Further, the control device 2 may continuously execute the recording process of the detection information and the calculation process of the life prediction parameter, for example, during the operation of the collaborative robot.
From the above, the life prediction time (remaining life period RT) of the servomotor device 1 is calculated.

<4.まとめ及び変形例>
以上の実施の形態の駆動力を発生させるモータ部3と、モータ部3の回転を減速して出力する減速機4と、を備えるサーボモータ装置1において、制御装置2は、モータ部3の動作に関する検出情報を取得する検出部22と、当該検出情報を用いて算出した寿命予測用パラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成し、当該生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報(余寿命期間RT)を算出する演算部24と、を備える(図4、図5等参照)。
これにより、サーボモータ装置1が寿命となる前に、ユーザにサーボモータ装置1の交換タイミングを通知することが可能となる。
従って、ユーザは、交換タイミングを考慮してサーボモータ装置1の補修計画を設計することが可能となり、寿命となる前にあらかじめ交換用のサーボモータ装置1を手配することができるようになる。その結果、サーボモータ装置1の取り換えの際に生じるダウンタイムを短縮させることができる。
また、近似曲線の推移に基づいて寿命予測情報を算出することで、機械学習を使用した寿命予測と比べて、開発段階で取得する必要があるデータ量を削減することができる。
<4. Summary and modification>
In the servomotor device 1 including the motor unit 3 that generates the driving force of the above embodiment and the speed reducer 4 that decelerates and outputs the rotation of the motor unit 3, the control device 2 operates the motor unit 3. An approximate curve is generated based on the transition in the time series of the life prediction parameter calculated by using the detection information and the detection unit 22 that acquires the detection information, and the own life prediction information is generated based on the generated approximate curve. A calculation unit 24 for calculating (remaining life period RT) is provided (see FIGS. 4, 5, etc.).
This makes it possible to notify the user of the replacement timing of the servomotor device 1 before the servomotor device 1 reaches the end of its life.
Therefore, the user can design the repair plan of the servomotor device 1 in consideration of the replacement timing, and can arrange the replacement servomotor device 1 in advance before the end of its life. As a result, the downtime that occurs when the servo motor device 1 is replaced can be shortened.
In addition, by calculating the life prediction information based on the transition of the approximate curve, it is possible to reduce the amount of data that needs to be acquired at the development stage as compared with the life prediction using machine learning.

また、サーボモータ装置1を搭載する協働ロボットのメインコントローラ側でなく、サーボモータ装置1側において自身の寿命予測が行われる。
これにより、協働ロボットのメインコントローラ側の処理負担を軽減することができる。これは、例えば協働ロボットの関節ユニットとして、複数のサーボモータ装置1が取り付けられているときなどに特に有効である。
Further, the life of the robot is predicted not on the main controller side of the collaborative robot on which the servomotor device 1 is mounted, but on the servomotor device 1 side.
This makes it possible to reduce the processing load on the main controller side of the collaborative robot. This is particularly effective when a plurality of servomotor devices 1 are attached, for example, as a joint unit of a collaborative robot.

本実施の形態のサーボモータ装置1において、制御装置2は、例えばトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数、バックラッシ量、エネルギー効率、高周波振動係数、固有振動数、発熱係数、放熱係数、及び減速機4の最大静止摩擦力の何れかの値を寿命予測用パラメータとして算出(同定)する(図4のS202等参照)。 In the servo motor device 1 of the present embodiment, the control device 2 has, for example, a torque constant, a moment of inertia, a viscous resistance, a static friction coefficient, a gravity influence coefficient, a backlash amount, an energy efficiency, a high frequency vibration coefficient, a natural frequency, and a heat generation coefficient. One of the values of the heat dissipation coefficient and the maximum static friction force of the speed reducer 4 is calculated (identified) as a life prediction parameter (see S202 and the like in FIG. 4).

例えば、モータ部3や減速機4の動作制御を実行する際に用いられるトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数を寿命予測用パラメータとしても利用することで、動作制御処理と寿命予測情報算出処理の処理効率を向上させることができる。
またエネルギー効率としてインバータ効率を同定することで、制御装置2のインバータの劣化度合いも推定することができる。
For example, by using the torque constant, moment of inertia, viscous resistance, static friction coefficient, and gravity influence coefficient used when executing the operation control of the motor unit 3 and the speed reducer 4 as parameters for life prediction, the operation control process can be performed. It is possible to improve the processing efficiency of the life prediction information calculation process.
Further, by identifying the inverter efficiency as the energy efficiency, the degree of deterioration of the inverter of the control device 2 can be estimated.

本実施の形態のサーボモータ装置1は、所定数値範囲ごとに設けられた格納領域に検出情報が記録されるメモリ部6を備え、メモリ部6には、格納領域のうち所定数値範囲に対応する記録領域に検出情報が記録される(図2、図3のS102等参照)。
これにより、所定数値範囲に含まれる複数の検出情報がまとめて記録される。
従って、メモリ部6に記録されるデータ量を削減することができる。また、上記のように格納領域に検出情報を記録することで、測定した検出情報が既に記録してあるデータであるかを素早く判別することができ、多様な検出情報を最大データ数が決まった状態で記録することができる。
The servomotor device 1 of the present embodiment includes a memory unit 6 in which detection information is recorded in a storage area provided for each predetermined numerical range, and the memory unit 6 corresponds to a predetermined numerical range in the storage area. The detection information is recorded in the recording area (see S102 and the like in FIGS. 2 and 3).
As a result, a plurality of detection information included in the predetermined numerical range are collectively recorded.
Therefore, the amount of data recorded in the memory unit 6 can be reduced. In addition, by recording the detection information in the storage area as described above, it is possible to quickly determine whether the measured detection information is already recorded data, and the maximum number of data for various detection information has been determined. It can be recorded in the state.

なお、本実施の形態では、図2に示した格納領域の一例においては、列をモータ軸の角加速度として約333rad/s2ごとに、行をモータ軸の角速度として約166rad/sごとに、均等間隔により分割するものとしたが、格納領域の分割手法は必ずしも均等に限られない。
例えば、格納領域の配列の中央付近では、モータ軸の角加速度を約333rad/s2よりも細分化して約222rad/s2ごとに分割するものとしてもよい。このように、測定する検出情報の特徴に応じて柔軟に格納領域の分割間隔を設定することができる。
In this embodiment, in the example of the storage area shown in FIG. 2, the column is the angular acceleration of the motor shaft at about 333 rad / s 2 , and the row is the angular velocity of the motor shaft at about 166 rad / s. Although it is assumed that the storage area is divided at equal intervals, the storage area division method is not always evenly limited.
For example, in the vicinity of the center of the array of the storage region, the angular acceleration of the motor shaft may be subdivided from about 333 rad / s 2 and divided into about 222 rad / s 2 . In this way, the division interval of the storage area can be flexibly set according to the characteristics of the detection information to be measured.

本実施の形態のサーボモータ装置1において、メモリ部6には、格納領域のうち所定数値範囲に対応する記録領域に既に記録された値との間で平均化処理が施された検出情報が記録される(図2、図3のS103等参照)。
これにより、記録される検出情報の値が、格納領域の分割間隔の中央で検出される値に近づく。
従って、メモリ部6から取得される検出情報の質の向上を図ることができる。
In the servomotor device 1 of the present embodiment, the memory unit 6 records the detection information that has been averaged with the value already recorded in the recording area corresponding to the predetermined numerical range in the storage area. (See S103 and the like in FIGS. 2 and 3).
As a result, the value of the recorded detection information approaches the value detected in the center of the division interval of the storage area.
Therefore, it is possible to improve the quality of the detection information acquired from the memory unit 6.

またサーボモータ装置1におけるメモリ部6は、格納領域のうち所定数値範囲に対応する記録領域に、該当する検出情報のデータ数がそれぞれ記録される多次元配列であってもよい。 Further, the memory unit 6 in the servomotor device 1 may be a multidimensional array in which the number of data of the corresponding detection information is recorded in the recording area corresponding to the predetermined numerical range in the storage area.

メモリ部6の格納領域は、例えば図6に示すような二次元配列にて形成される。図6では、例えば列をモータ軸の角加速度として約333rad/s2ごとに分割し、行をモータ軸の角速度として約166rad/sごとに分割する。そして分割された各セル(記録領域)に、各セルの角加速度と角速度の所定数値範囲に該当した検出情報のデータ数が記録される。 The storage area of the memory unit 6 is formed by, for example, a two-dimensional array as shown in FIG. In FIG. 6, for example, the column is divided into about 333 rad / s 2 as the angular acceleration of the motor shaft, and the row is divided into about 166 rad / s as the angular velocity of the motor shaft. Then, in each of the divided cells (recording area), the number of data of the detection information corresponding to the predetermined numerical range of the angular acceleration and the angular velocity of each cell is recorded.

例えば図6では、モータ軸の角加速度が-1000~-667rad/s2、かつモータ軸の角速度が-500~-334rad/sに該当した検出情報のデータ数が2回として記録されている。ここでは、モータ軸の角加速度が1~333rad/s2、かつモータ軸の角速度が1~166rad/sの記録領域が、該当したデータ数が18回であり最頻値とされる。 For example, in FIG. 6, the number of detection information data corresponding to the angular acceleration of the motor shaft of −1000 to −667 rad / s 2 and the angular velocity of the motor shaft of −500 to 334 rad / s is recorded twice. Here, in the recording area where the angular acceleration of the motor shaft is 1 to 333 rad / s 2 and the angular velocity of the motor shaft is 1 to 166 rad / s, the number of corresponding data is 18 times, which is the mode.

メモリ部6に記録された各記録領域の該当データ数を取得することで、制御装置2は、最頻値の座標、標準偏差、相関係数、共分散などを算出することができる。このようにして算出された同一動作時、又は十分な回数のデータを取得したときの最頻値の座標、標準偏差、相関係数、共分散などの推移を観測することが可能となり、当該観測結果に基づいて他の寿命予測用パラメータと同様に寿命を予測することができる。 By acquiring the corresponding number of data in each recording area recorded in the memory unit 6, the control device 2 can calculate the coordinates of the mode, the standard deviation, the correlation coefficient, the covariance, and the like. It is possible to observe the transition of the mode coordinates, standard deviation, correlation coefficient, covariance, etc. at the same operation calculated in this way or when data is acquired a sufficient number of times. Based on the result, the life can be predicted in the same way as other life prediction parameters.

なお、メモリ部6において、例えば三次元配列に格納されたデータ群を二次元平面的に解析する際に、制御装置2は、三次元配列のそれぞれの平面に平行に解析することも、平面に対して斜めに定義した平面で解析することもできる。 In the memory unit 6, for example, when analyzing a data group stored in a three-dimensional array in a two-dimensional plane, the control device 2 may analyze in parallel with each plane of the three-dimensional array. On the other hand, it is also possible to analyze on a plane defined diagonally.

本実施の形態におけるサーボモータ装置1の制御方法は、駆動力を発生させるモータ部3と、モータ部3の回転を減速して出力する減速機器4と、を備えるサーボモータ装置1の制御方法であって、モータ部3の動作に関する検出情報を取得する処理と当該記検出情報を用いて算出した寿命予測用パラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成し、当該生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報(余寿命期間RT)を算出する処理と、をサーボモータ装置1が実行する。
このような実施の形態としての制御方法によっても上記した実施の形態としてのサーボモータ装置1と同様の作用及び効果を得ることができる。
The control method of the servomotor device 1 in the present embodiment is a control method of the servomotor device 1 including a motor unit 3 for generating a driving force and a deceleration device 4 for decelerating and outputting the rotation of the motor unit 3. Therefore, an approximation curve is generated based on the process of acquiring the detection information regarding the operation of the motor unit 3 and the transition of the life prediction parameter calculated by using the detection information in the time series, and based on the generated approximation curve. The servomotor device 1 executes a process of calculating its own life prediction information (remaining life period RT).
The control method as the embodiment can also obtain the same operation and effect as the servomotor device 1 as the above-described embodiment.

最後に、本開示に記載された効果は例示であって限定されるものではなく、他の効果を奏するものであってもよいし、本開示に記載された効果の一部を奏するものであってもよい。
また本開示に記載された実施の形態はあくまでも一例であり、本発明の技術的範囲が上述の実施の形態に限定されることはない。従って、上述した実施の形態以外であっても本発明の技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能なことはもちろんである。なお、実施の形態で説明されている構成の組み合わせの全てが課題の解決に必須であるとは限らない。
Finally, the effects described in the present disclosure are exemplary and not limited, and may have other effects or are part of the effects described in the present disclosure. You may.
Further, the embodiments described in the present disclosure are merely examples, and the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments. Therefore, it goes without saying that various changes can be made according to the design and the like as long as the technical idea of the present invention is not deviated from the above-described embodiment. It should be noted that not all combinations of configurations described in the embodiments are essential for solving the problem.

1 サーボモータ装置
2 制御装置
3 モータ部
4 減速機
5 各種センサ類
6 メモリ部
21 動作制御部
22 検出部
23 記録制御部
24 演算部
51 入力電圧センサ
52 入力電流センサ
53 出力電圧センサ
54 出力電流センサ
55 モータ出力軸エンコーダ
56 減速機出力軸エンコーダ
57 温度センサ
1 Servo motor device 2 Control device 3 Motor section 4 Reducer 5 Various sensors 6 Memory section 21 Operation control section 22 Detection section 23 Recording control section 24 Calculation section 51 Input voltage sensor 52 Input current sensor 53 Output voltage sensor 54 Output current sensor 55 Motor output shaft encoder 56 Reducer output shaft encoder 57 Temperature sensor

Claims (5)

駆動力を発生させるモータ部と、前記モータ部の回転を減速して出力する減速機と、を備えるサーボモータ装置であって、
前記モータ部の動作に関する検出情報を取得する検出部と、
前記検出情報を用いて算出したパラメータの時系列における推移に基づいて近似曲線を生成し、前記生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報を算出する演算部と、を備える
サーボモータ装置。
A servomotor device including a motor unit that generates a driving force and a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the motor unit.
A detection unit that acquires detection information regarding the operation of the motor unit, and a detection unit.
A servomotor device including a calculation unit that generates an approximate curve based on the transition of parameters calculated using the detection information in a time series and calculates its own life prediction information based on the generated approximate curve.
所定数値範囲ごとに設けられた格納領域に前記検出情報が記録されるメモリ部を備え、
前記メモリ部には、格納領域のうち前記所定数値範囲に対応する記録領域に前記検出情報が記録される
請求項1に記載のサーボモータ装置。
A memory unit for recording the detection information is provided in a storage area provided for each predetermined numerical range.
The servomotor device according to claim 1, wherein the detection information is recorded in the recording area corresponding to the predetermined numerical range in the storage area in the memory unit.
前記メモリ部には、前記対応する記録領域に既に記録された値との間で平均化処理が施された前記検出情報が記録される
請求項2に記載のサーボモータ装置。
The servomotor device according to claim 2, wherein the detection information that has been averaged with the value already recorded in the corresponding recording area is recorded in the memory unit.
前記演算部は、前記パラメータとしてトルク定数、慣性モーメント、粘性抵抗、静摩擦係数、重力影響係数、バックラッシ量、エネルギー効率、高周波振動係数、固有振動数、発熱係数、放熱係数、及び前記減速機の最大静止摩擦力の何れかの値を算出する
請求項1から請求項3の何れかに記載のサーボモータ装置。
The calculation unit has torque constants, inertial moments, viscous resistance, static friction coefficient, gravity influence coefficient, backlash amount, energy efficiency, high frequency vibration coefficient, natural frequency, heat generation coefficient, heat dissipation coefficient, and maximum of the speed reducer as the parameters. The servo motor device according to any one of claims 1 to 3, which calculates any value of the static friction force.
駆動力を発生させるモータ部と、前記モータ部の回転を減速して出力する減速機と、を備えるサーボモータ装置の制御方法であって、
前記モータ部の動作に関する検出情報を取得する処理と、
前記検出情報を用いて算出したパラメータの時系列における変化に基づいて近似曲線を生成し、前記生成した近似曲線に基づいて自身の寿命予測情報を算出する処理と、をサーボモータ装置が実行する
制御方法。
It is a control method of a servomotor device including a motor unit that generates a driving force and a speed reducer that decelerates and outputs the rotation of the motor unit.
The process of acquiring detection information regarding the operation of the motor unit and
Control that the servomotor device executes a process of generating an approximate curve based on the change in the time series of the parameter calculated using the detection information and calculating its own life prediction information based on the generated approximate curve. Method.
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